CN105536646A - 流化床造粒 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于生产颗粒(例如，尿素颗粒或硝酸铵颗粒)的方法及流化床反应器。反应器包括具有空气入口的至少一个造粒室以及位于造粒室的下游处(例如，位于一个或多个涤气器的下游处)的空气泵。空气泵被构造成用于经过所述一个或多个空气入口而抽吸空气进入至造粒室中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于生产颗粒(例如，通常用作肥料的尿素颗粒或硝酸铵颗粒)的流化床反应器及方法。
背景技术
为了生产尿素颗粒，将尿素液体(例如，尿素的水溶液或非水溶液)喷射进入容纳固体核的流化床的造粒室中。通过吹送流化气体(通常为空气)经过核的床而使流化床流态化。核通过使喷射的尿素液体在其上固化和结晶而生长，从而形成具有期望平均尺寸的颗粒。NL2009295和NL2009297公开了用于生产尿素颗粒的这种流化床反应器的示例。
通常利用鼓风机将流化空气吹入造粒室中。在下一室中，例如在涤气器、旋风器或类似的分离器中将空气除去。通常利用排气扇将空气从造粒反应器中除去。
通常使所形成的颗粒从造粒室移动到后冷却器。在后冷却器中进一步产生粉尘。因此，通常在可以将来自后冷却器的空气排放之前，首先在涤气器中对该空气进行处理。
为了避免来自反应器的空气泄漏，通常在造粒机室中形成通常低于10mbar的中度真空，例如在US5,779,945和EP2253374A1中所公开的。
发明内容
本发明的目的是提高处理效率，同时降低能耗。
本发明的目的是通过流化床反应器而实现的，所述流化床反应器包括具有一个或多个空气入口的至少一个造粒室、以及位于造粒室的下游处的一个或多个空气泵，所述一个或多个空气泵被构造成用于经过一个或多个空气入口而抽吸空气进入至造粒室中。为了这个目的，下游的空气泵具有在造粒室中产生超过空气入口与下游空气泵之间的总压降的负压的能力。例如，所述一个或多个空气泵可以被构造成用以产生至少大约50mbar(例如，介于大约50至大约70mbar的范围内)的负压。
现有技术的系统利用鼓风机将空气吹入至造粒室中，但出入意料地发现利用下游的空气泵或风扇抽吸空气消耗明显更小的能量，这是因为目前反应器可以被设计成用于较低入口温度的流化空气。
在收集于固体核上的尿素液体结晶的期间产生热量。用于流化的空气从流化床中除去多余的热量。流化空气的所需量取决于进入造粒机室的空气的温度。如果流化空气较热，则需要更多的流化空气从造粒室中除去多余的热量。结果，必须在涤气器中清理更多的空气并且排气扇消耗更多的功率。因此，流化空气的温度不应当过高。如果流化空气的温度较低，则需要较少的空气来使流化床冷却。然而，流化空气的流入量也必须不应过低，否则核的床将流态化不充分。因此，流化床反应器应当被设计使得成一方面流化空气的量必须足以实现良好的流化并且有效地冷却流化床，而另一方面应当使用于清理和排出排放空气的能耗最小化。
用于流化的空气可以是例如环境空气。环境空气的温度可能差异相当大。因此，反应器通常被设计成用于夏季温度的空气。就现有技术的系统而言，由于鼓风机所产生的热量而使这些温度升高大约5-9℃或甚至更大。用于将流化空气吹入至造粒室中的鼓风机产生热量。所产生的热量通常取决于所使用的鼓风机的效率以及鼓风机出口处的压力。实际上，所产生的热量使得所经过的空气被加热至少5℃、通常至少9℃，有时为11℃或更多。
结果，目前的反应器被设计成用于相对较高温度的流化空气。这导致鼓风机、涤气器和排气扇的能耗更高。而且，在冬季，环境空气应当被预热，以使其更接近于反应器设计针对的相对较高的空气温度。
就本发明的反应器而言，无需在流化空气入口处使用鼓风机，而是利用至少一个下游的空气泵将空气吸入至造粒室中。这意味着流化空气不被任何鼓风机加热，并且反应器可以被设计成用于较低入口温度的流化空气。为了冷却流化床，需要消耗较少的空气，并且较少的空气需要被洗涤及排出。而且，在冬季可以使用较低但预加热的温度。
利用下游的空气泵将空气吸入至反应器中也导致造粒室中的压力较低。这继而改善了造粒室中的蒸发。
如果使用后冷却器，则一个或多个空气泵可以例如定位在后冷却器的下游处。结果，进入后冷却器的空气不被空气泵马达所加热，因此当空气进入后冷却器时已经要低大约9-11℃。通过排除流化空气扇的9-11℃的加热，冷却器可以在例如环境空气温度下操作。这意味着显著地改善了冷却器能力。
后冷却器通常也属于供给流化空气的流化床。位于后冷却器的下游处的空气泵可以被构造成用于将流化空气吸入至后冷却器中，以及任选地吸入至后冷却器和造粒室二者中。
造粒室可以是例如喷动床或者任何其它合适类型的流化床。也可以使用不同类型的组合。
在一个特定的实施例中，反应器可以包括位于一个或多个造粒室下游处和/或一个或多个后冷却器下游处的一个或多个涤气器。在这种情况下，用于抽吸流化空气进入造粒室中的空气泵可以位于例如一个或多个涤气器的下游处。空气泵可以包括例如一个或多个排气扇，特别是涤气器的排气扇。
单个涤气器可以用于洗涤来自后冷却器的空气以及来自造粒室的空气。作为替代，具有一个或多个下游空气泵的第一涤气器可以用于造粒室，同时具有一个或多个下游空气泵的第二涤气器或涤气器组可以使用于后冷却器。
经过涤气器的压降优选是低的。为了这个目的，可使用包括竖直除雾器的涤气器。特别地，通过使用用于粗颗粒的第一除雾器(通常具有小于大约2mbar的压降)与用于细颗粒(例如，亚微米颗粒)的第二除雾器的串联布置可以获得低的压降。如果除雾器之间的空气被冷却，则潮气的冷凝将使颗粒增大，因而第二除雾器也可以是低压降类型的。例如在美国专利申请US2015/0217221中公开了涤气器的合适构造，该美国专利申请的内容并入本文中以作为参考。也可以使用具有或不具有涤气器的其它构造。
本发明还涉及一种使用上面所公开的流化床反应器来生产颗粒(例如，尿素颗粒)的方法。利用下游的空气泵，例如通过形成超过空气入口与空气泵之间的压降的负压，将流化空气吸入至造粒室中。负压可以是例如至少大约50mbar，例如介于大约50至大约70mbar的范围内。
流化床反应器可以例如被构造成使得空气入口与空气排出口之间的压降低于800mm水柱，优选低于750mm水柱。整个造粒室中的压降可以是例如500mm水柱或更小。
进入造粒室的流化空气的温度可以是例如低于114℃，例如低于100℃、例如低于90℃。喷动床可以例如在处于120℃或以下温度下操作。
造粒室还可以包括连接至造粒液体(例如，尿素水溶液)的供给源的多个喷雾器。这些喷雾器可以例如被构造成用于在室中的与一个或多个非喷雾区邻近的一个或多个喷雾区中喷射液体。这些喷雾器可以是例如雾化器或液压喷雾器，例如风助式液压喷雾器。
当把溶液喷射进入造粒机室中时，溶液可以例如具有显著地超过结晶点的温度。如果溶液是尿素溶液，则溶液可以在例如至少大约120℃或至少大约130℃或至少大约135℃的温度下喷射。如果溶液是硝酸铵溶液，则溶液可以在至少大约160℃或至少大约170℃或至少大约180℃的温度下喷射。溶液可以在例如1.5-6巴(例如，2-4巴)的流体静压或者其它合适的压力下喷射。喷雾的液滴可以具有例如大约20-120μm(例如，大约30-60μm)的平均液滴尺寸。
就尿素的造粒而言，可以使用高浓度的溶液，例如，尿素含量为尿素溶液总重量的至少90wt％，例如至少95wt％。
尿素溶液的含水量通常较低，例如小于尿素溶液总重量的5wt％，例如小于3wt％。如果含水量小于2.5wt％，则该溶液通常被称为尿素熔体。
尿素溶液还可以含有作为减慢尿素结晶的造粒助剂和作为阻止所生成颗粒团聚的抗结块剂的添加剂，例如，甲醛和/或尿素-甲醛缩合物。如果将例如0.1至3％(基于尿素溶液的总重量)的甲醛添加到尿素水溶液中，则雾化的液滴会更好地粘附至尿素核。也可以使用其它合适的添加剂。
就硝酸铵的造粒而言，Mg(NO3)2和硫酸铝例如与NaOH一起是合适添加剂的示例。
核可以经由位于造粒机的入口侧处的一个或多个入口而被供给至造粒机。核可以连续地供给或者分批供给和处理。
在核被供给至造粒处理之前，核可以具有任何合适的平均尺寸，通常大约至少0.2mm或者至少0.5mm，通常最多6mm。核可以具有任何适当的组成。一般来说，这些核将主要包含与结晶的造粒液体(特别是结晶的尿素)相同的物质，但是也可以使用组成与结晶的造粒液体不同的核。
为了对尿素进行造粒，流化空气在流化床中的流速可以是例如大约1-8m/sec，例如至少大约2和/或最多大约3或4m/sec。为了使硝酸铵颗粒化，流化空气在流化床中的流速可以是例如大约1-8m/sec，例如至少大约2和/或最多大约3.5或4.5m/sec。
就尿素造粒而言，造粒机室中的温度可以是例如在90-120℃之间，例如在100-106℃之间。就硝酸铵的造粒而言，造粒机室中的温度可以是例如在110-140℃之间，例如在125-130℃之间。通常，由于回收物质的回流，第一室中的温度会较低。这可以通过在第一室中使用更高密度的喷雾器而进行补偿。
为了减少经过造粒床的压降，造粒床可以具有例如1.5米或更小(例如，大约1米或更小)的床高度。较低的床高度可减少颗粒在流化床中的循环。降低床高度同时维持所需的颗粒循环的一种合适方式是使用包括一个或多个室的造粒机，所述一个或多个室具有带空气入口的底板以及用于喷射造粒液体的多个喷雾器，这些喷雾器被构造成用于在流化床的与非喷射区邻近的喷射区中喷射液体。喷射区与非喷射区的交替布置增强了所需的颗粒循环并且增加了停留时间。在US2015/0217248中公开了这种造粒机的示例，该专利文献并入本文中以作为参考。
通常，经处理的颗粒连续地或分批地经由造粒机的一个或多个出口而排出。经处理的颗粒通常具有大约2-4mm的平均粒径，但必要时也可以制成更小或更大。颗粒的含水量可以保持在远低于颗粒总重量的0.3wt％，例如低于0.25wt％。
可以将粒径超过给定限值的颗粒从流出物中分离出。任选地，这些颗粒可以被压碎并回收至造粒机，例如连同粒径被认为过小的颗粒和/或与从造粒机所排出的空气分离开的物质。
造粒机可以具有串联布置和/或并联布置的一个或多个造粒机室。在一个特定的实施例中，造粒机具有至少2个(例如3个或更多)串联布置的室。
用于流化空气的入口可以包括例如位于造粒机室的底板中的入口。为了这个目的，底板可以是例如位于空气供给源上方的栅格。
任选地，造粒机可以包括后冷却器，例如用于接收从造粒机室排出的颗粒的流化床冷却器。后冷却器可以用于例如将颗粒冷却至大约40℃的温度。
附图说明
下面将参照附图来说明根据本发明的造粒机的一个示例性实施例。
图1示出了沿着示例性流化床反应器的流动方向的截面。
具体实施方式
图1示出了用于生产尿素颗粒或硝酸铵颗粒的流化床反应器1的一个示例性实施例。如图所示，流化床反应器1包括用于造粒的三个造粒室2、3、4以及用于随后使颗粒冷却和干燥的后冷却器5。
流化床反应器1的第一造粒室2包括用于供给核的入口7。与入口7相对的是通向第二室3的第一通道8。第二室3包括与第一通道8相对且通向第三室4的第二通道9。第三室4包括与第二通道9相对的出口10。结果，核可以沿着图1中由箭头A所示的平直流动路径中从入口7流动至出口10。
流化床反应器1包括由栅格制成的底板12，所述底板支承核的床13并且允许从位于栅格底板12下方的空间14供给的环境流化空气通过。空气入口可以例如位于在栅格12下方的空间14的侧壁处以及/或者位于该空间14的底部处。在环境空气相对较冷的情况下，例如在冬季期间，在空间14中或者在空间的上游位置处利用加热器15将空气预热。已加热的空气使核的床13流态化。
位于栅格底板12下方的空间14被划分成与位于栅格底板12上方的室2、3、4一致的室17、18、19。在室2、3、4的每一个中，流化床反应器1的栅格底板12设置有在栅格底板12上方突出的成群的风助式喷雾器21。喷雾器21将尿素的水溶液喷射进入流化床13中。在造粒机室2、3、4中，被喷射的尿素水溶液蒸发并且尿素在核上结晶，该核生长以形成颗粒。
后冷却器5是具有栅格底板22和位于栅格底板22下方的空间的流化床冷却器，所述栅格底板支承新形成颗粒的床23，所述空间具有加热器24，以用于供给使床23流态化和干燥的空气。
后冷却器5设置有用于排放已干燥且已冷却颗粒的出口26。随后，将尺寸过小和尺寸过大的颗粒与具有期望尺寸的颗粒分离开，具有期望尺寸的颗粒被排出以用于储存。尺寸过大的颗粒可以被压碎成为较细的颗粒，而所述较细的颗粒可以连同尺寸过小的颗粒一起被回收。
空气和空气载运的粉尘颗粒从造粒机室2、3、4和后冷却器5经由空气管27而被排出至一个或多个湿式涤气器28。在图1的示意图中，示出了单个涤气器。独立的涤气器可用于处理分别来自造粒室的空气和来自冷却器的空气，例如在NL2009295中所公开的。
在涤气器28中将空气除去。所分离的粉尘颗粒可以被回收至造粒机室2、3、4。清洁的空气经由包括排气扇30的排放管29而离开涤气器28。
排气扇30在从栅格底板12至排气扇30的整个流动路径中产生大约700-800(例如，大约750)mm水柱的压降。结果，流化空气经由栅格底板12而被吸入至造粒室2、3、4中。未设置额外的鼓风机。
在图1的实施例中，造粒室和冷却器处在相同的高度处。本发明也适于用在其它构造中，例如，造粒机位于一个或多个后冷却器的下方或上方。
Claims (10)
1.一种流化床反应器，包括具有一个或多个空气入口的至少一个造粒室以及位于造粒室的下游处的至少一个空气泵，所述至少一个空气泵被构造成用于经过所述一个或多个空气入口而抽吸空气进入至造粒室中。
2.根据权利要求1所述的流化床反应器，包括位于造粒室的下游处的涤气器，其中，空气泵位于涤气器的下游处。
3.根据权利要求1或2所述的流化床反应器，包括至少一个后冷却器以及位于后冷却器的下游处的至少一个空气泵。
4.根据权利要求3所述的流化床反应器，包括位于后冷却器的下游处的涤气器，所述至少一个空气泵位于涤气器的下游处。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的流化床反应器，其中，空气泵包括用于排出空气的一个或多个排气扇。
6.利用根据前述权利要求中的任一项所述的流化床反应器生产颗粒的方法，其中，流化空气通过下游的空气泵而被吸入至造粒室中。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，流化床反应器被操作，以使得空气入口与空气排出口之间的压降低于800mm水柱。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，压降低于750mm水柱。
9.根据权利要求6、7或8所述的方法，其中，整个造粒室上的压降最多为500mm水柱。
10.根据权利要求6-9中的任一项所述的方法，其中，颗粒包括尿素颗粒和/或硝酸铵颗粒。
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